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几种重要豆象不同地理种群及种间亲缘关系的分子检测

许佳君  
【摘要】: 豆象科Bruchidae昆虫主要取食豆类的种子,以幼虫在豆粒内钻蛀为害,是一类具有重要经济意义的仓储害虫。目前在我国分布广泛、危害性大的豆象科昆虫主要有四种:豆象属Bruchus的蚕豆象Bruchus rufimanus Behoman和豌豆象Bruchus pisorum ( Linnaeus ),以及瘤背豆象属Callosobruchus的绿豆象Callosobruchus chinensis ( Linnaeus )和四纹豆象Callosobruchus maculatus(Fabricius),其中四纹豆象是我国农业植物检疫性有害生物和三类对外检疫性害虫。因此,开展该类害虫的研究具有重要意义。 本文对上述4种豆象科昆虫不同地理种群线粒体DNA(mtDNA)的细胞色素C氧化酶亚基I (COI)基因、细胞色素b脱辅基酶(Cytb)基因和核糖体DNA(rDNA)内转录间隔区2(ITS2)基因进行测序,同时结合网上发布的该类昆虫的有关COI和Cytb基因序列,对其不同地理种群和种间亲缘关系进行探讨,其主要结果如下: 1、通过实验,筛选出一种较稳定,且能大规模在实验室条件下提取豆象不同种类基因组DNA的方法,即CTAB法。经过OD值的测定和扩增实验,证明了该方法得到的DNA样品完全可以满足PCR引物扩增要求。通过对比酒精浸泡、阴干和烘干三种保藏方法豆象标本的提取结果表明,该方法可以用于酒精浸泡和烘干保存标本的基因组DNA的提取,且有较好的提取效果;但对阴干保藏标本的提出效果差。 2、豆象科部分种类mtDNA Cytb(12种)和COI(11种)基因序列的分析表明,这两种基因表现出强烈的A+T偏向,分别为69.8%和67.9%,第三位A或T的偏好更加明显,分别为85.0%和85.2%。核苷酸的替代转换明显高于颠换,颠换的发生主要以A/T为主,大都发生在密码子第三位。密码子第3位点的高A+T含量与氨基酸的变异存在一定的相关性。密码子以A,T结尾频率高,第三位是G的密码子使用较少,反映出Cytb和COI基因在密码子的使用上具有偏向性。用两种建树方法(距离法和最简约法),基于COI和Cytb基因构建的豆象科部分种类的系统树的拓扑结构基本一致。该系统树分成2个大分支,同属的种类聚在一起。 3、从上述四种豆象不同地理种群mtDNA基因(COI、Cytb)的单倍型和分布格局来看,各地理种群中很少有独享单倍型存在,说明种群间的遗传分化程度还较低;基于2个基因的地理种群间的基因流显示,各种群间既存在着一定数量的基因交流,也存在一定程度的遗传分化,而绿豆象种群只检测到了微小的碱基差异。豌豆象不同地理种群间的COI基因和Cytb基因的遗传分化研究表明,Cytb基因江苏种群与四川种群间Nm值小于1,而COI基因Nm值大于1,可见豆象的Cytb基因进化速度比COI基因快。COI和Cytb基因都是研究蚕豆象、豌豆象和四纹豆象地理种群的遗传分化的良好分子标记。 4、上述几种豆象不同地理种群rDNA ITS2基因序列的分析结果显示,在绿豆象种群和四纹豆象种群中,只检测到微小的碱基差异。在所研究的几个蚕豆象地理种群中,ITS2的序列差异较为明显,可作为研究蚕豆象地理种群遗传分化的分子标记。


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